(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塵埃を含んだ空気から、空気よりも重い粒状の塵埃を分離し、清浄な空気流を提供するための、汎用的で小型のエアプリクリーナであって、前記エアプリクリーナが、その第１の軸端と第２の軸端との間で長手軸に沿って延び、
前記第１の軸端にある入口から前記第２の軸端まで前記エアプリクリーナを通って延びる流路であって、前記流路が両軸端の中間の出口へ向かう途中で湾曲される流路と、
前記入口に取り込まれた塵埃を含んだ空気を、軸周りに回転させ、前記塵埃を含んだ空気を、最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道となる層状にする回転流を形成するために、前記流路に沿って配置される空気流管理構造と、
前記回転流から、塵埃を含んだ空気を遠心力で分離および除去するための、前記第２の軸端にある前記流路内の分離チャンバと、
前記分離チャンバの前記回転流から粒状の塵埃を含んだ空気が排出される、少なくとも１つの排出ポートと、
前記回転流の最も内側の軌道の空気を、前記出口へ向かう途中でフィルタリングするために、前記分離チャンバの内壁を形成するエアフィルタとを備え、前記エアフィルタが、フィルタリングされた空気が前記出口へ向かう途中で通る、湾曲された流路の一部を形成する内部通路を有するエアプリクリーナ。
【請求項２】
粒状の塵埃を含んだ空気を前記入口へ取り込み、塵埃を含んだ空気を正の空気流圧力の下で前記流路に沿って流すための、前記流路に位置付けられるファンブレードを備えるモータ駆動のファンを含む請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項３】
前記分離チャンバが、前記少なくとも１つの排出ポートを含む分離チャンバ端部セクションを含み、前記分離チャンバ端部セクションが、前記エアフィルタの一端に接続され、使い捨てのエアフィルタカートリッジとして、前記エアフィルタと共に前記エアプリクリーナから取り外し可能であり、
前記回転流の最も内側の軌道の空気は、前記エアフィルタの外側から内側に向かってフィルタリングされることを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項４】
前記分離チャンバ内で、塵埃を含んだ空気の前記回転流を維持するために、前記空気流管理構造が、前記分離チャンバの下流部分に複数の固定羽根を含むことを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項５】
前記エアプリクリーナが、前記軸に沿って連続して配置された複数のハウジングセクションを有するハウジングと、前記セクションを互いに対して取り外し可能に接続し、前記軸周りで調整可能に回転させる手段とを含み、前記入口、前記出口、および前記少なくとも１つの排出ポートが、それぞれのハウジングセクションに位置付けられていることを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項６】
前記エアプリクリーナを支持体に取り付けるための、少なくとも１つの取付具をさらに備え、前記少なくとも１つの取付具が、前記出口および前記少なくとも１つの排出ポートを有する前記ハウジングセクション以外のハウジングセクションの、少なくとも１つに位置付けられていることを特徴とする請求項５記載のエアプリクリーナ。
【請求項７】
前記空気流管理構造が、複数の固定羽根を含んでいることを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項８】
前記モータ駆動のファンが、前記分離チャンバの下流の前記流路に位置付けられたモータを有することを特徴とする請求項２記載のエアプリクリーナ。
【請求項９】
前記空気流管理構造が、前記モータ駆動のファンを支持することを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項１０】
前記空気流管理構造が、前記モータ駆動のファンが支持されるシュラウドを含み、前記シュラウドが、前記ファンブレードの下流で前記軸に対して外側に向かってテーパー状になっていることを特徴とする請求項９記載のエアプリクリーナ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの排出ポートが、前記分離チャンバの外壁に沿って位置付けられており、
前記回転流からの前記粒状の粉塵は、捕集されることなく少なくとも１つの前記排出ポートから排出されることを特徴とする請求項１記載のエアプリクリーナ。
【請求項１２】
流路を備え、第１の軸端と第２の軸端との間で長手軸に沿って延びるエアプリクリーナの、前記第１の軸端にある入口へ、空気より重い粒状の塵埃を含んだ空気をエアプリクリーナの入口へ取り込むことと、
前記流路が両軸端の中間の出口へ向かう途中で湾曲され、前記入口から前記第２の軸端へ、前記エアプリクリーナ内の前記流路に沿って、前記粒状の塵埃を含んだ空気を流すことと、
前記プリクリーナ内の軸周りに塵埃を含んだ空気流を回転させ、最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道となる層状になった回転流を形成することと、
前記プリクリーナの少なくとも１つの排出ポートを通して、前記層状になった回転流の最も外側の軌道から、粒状の塵埃を含んだ空気を排出することと、
前記回転流内の前記軸に沿って延びる前記エアプリクリーナのエアフィルタを通して、前記層状になった回転流の最も内側の軌道の空気をフィルタリングすることと、
前記エアプリクリーナの出口に向かう湾曲された前記流路の一部を形成する、前記エアプリクリーナの内部通路を通して、フィルタリングされた空気を流すことと
を含む空気清浄方法であって、前記方法は、前記エアプリクリーナにおいて取り外し可能な、使い捨てのエアフィルタカートリッジを利用することを含み、前記フィルタリングのための前記エアフィルタと、前記エアフィルタの前記内部通路の一端を閉鎖するエアプリクリーナの前記第２の軸端を形成し、前記排出のための前記少なくとも１つの排出ポートを含む前記エアプリクリーナの端部セクションとが、前記エアプリクリーナの、前記取り外し可能な、使い捨てのエアフィルタカートリッジに一体となった部品であることを特徴とする空気清浄方法。
【請求項１３】
前記エアプリクリーナが、粒状の塵埃を含んだ空気を前記入口へ取り込み、塵埃を含んだ空気を正の空気流圧力の下で前記流路に沿って流す、前記流路に位置付けられるファンブレードを備えるモータ駆動のファンを有する、請求項１記載のエアプリクリーナであることを特徴とする請求項１２記載の空気清浄方法。
【請求項１４】
前記フィルタリングされた空気を、前記エアプリクリーナの前記出口へ向かう途中で、モータ駆動のファンのモータを通るよう流すことを含むことを特徴とする請求項１３記載の空気清浄方法。
【請求項１５】
分離チャンバの一部としてエアプリクリーナにおいて使用するための、使い捨てのエアフィルタカートリッジであって、粒状の塵埃を含んだ空気は、分離チャンバの壁内に位置付けられた少なくとも１つの排出ポートを通して、塵埃を含んだ空気の回転流から遠心力で分離および除去され、前記エアフィルタカートリッジは、
前記エアプリクリーナ内に前記分離チャンバの内壁を形成し、前記分離チャンバの、塵埃を含んだ空気の回転流の最も内側の軌道の空気をフィルタリングするための、管状のエアフィルタであって、フィルタリングされた空気を、途中で湾曲するように、前記分離チャンバから前記エアプリクリーナの第１の軸端と第２の軸端との中間の出口に向かって流すための、長手方向に延びる内部通路を有する管状のエアフィルタと、
前記分離チャンバの壁の一部を形成するために、前記内部通路の一端を閉鎖する前記管状のエアフィルタの一端に確実に接続され、前記フィルタから径方向外側に延びる分離チャンバ端部セクションと、
前記分離チャンバの前記回転流から塵埃を含んだ空気を取り除くために、前記分離チャンバ端部セクションに形成される少なくとも１つの排出ポートと、
前記エアフィルタカートリッジの、前記エアプリクリーナに対する取り外し可能な接続を可能にする手段と
を備えることを特徴とするエアフィルタカートリッジ。
【請求項１６】
前記管状のエアフィルタの、前記一端と反対側の端部が、前記エアプリクリーナのフランジ状の連結部材とのシール係合のために、開放していることを特徴とする請求項１５記載のエアフィルタカートリッジ。
【請求項１７】
前記エアフィルタカートリッジの、前記エアプリクリーナに対する取り外し可能な接続を可能にする手段が、前記エアプリクリーナ上の複数の取り外し可能な固定具が固定され得る、前記分離チャンバ端部セクション上に、外側フランジを含むことを特徴とする請求項１５記載のエアフィルタカートリッジ。
【請求項１８】
前記分離チャンバの外壁の一部を形成するために、前記分離チャンバ端部セクションが、前記管状のエアフィルタと同軸の、外側の環状部分を含んでおり、前記少なくとも１つの排出ポートが、前記外側の環状部分に形成されていることを特徴とする請求項１５記載のエアフィルタカートリッジ。
【請求項１９】
前記管状のフィルタが円筒状であり、請求項１記載のエアプリクリーナに使用されることを特徴とする請求項１５記載のエアフィルタカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃を含んだ空気から、空気よりも重い粒状の塵埃を効果的に取り除き、エアプリクリーナを用いる装置に清浄な空気流を提供するための、改良されたエアプリクリーナ、空気清浄方法、およびエアプリクリーナ用の使い捨てのエアフィルタカートリッジを対象とする。このエアプリクリーナは、熱交換器に対して一定の空気流を提供するような換気システムや、暖房および空気調整システム、清浄な空気が供給されるべき吸気口に可変な真空をもたらす、特に内燃式エンジンなどの、可変な空気流要求を有する装置を備えるものなど、総合的な空気流を応用する装置において異なる構成および空気流速度の性能要件を有する、空間が限られた用途での使用のために、汎用的かつ小型である。好適な実施形態に記載の本発明は、発明者が共通する、２０１１年８月３０日に交付された特許文献１に開示されるエアプリクリーナおよび方法に改良を加えるものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジン、換気システム、および塵埃を含んだ空気を取り込む他の装置において用いられる空気から、空気よりも重い粒子を遠心力で分離するエアプリクリーナおよび方法が知られている。これには、塵埃を含んだ空気をエアプリクリーナに取り込むためのモータ駆動のファンを用いる、動力付きのエアプリクリーナだけでなく、塵埃を含んだ空気をプリクリーナに取り込むために、内燃エンジンなどの、清浄な空気を供給される装置によってプリクリーナに加えられる真空のみに依存するエアプリクリーナも含まれている。公知のエアプリクリーナは、フィルタを含むこともでき、および／または、空気からさらなる塵埃を取り除くために、フィルタを有するプリクリーナの、清浄な空気の出口の下流にある装置と組み合わせて用いられてもよい。譲受人による従来のエアプリクリーナの例は、特許文献２〜１０に示されている。
【０００３】
公知のエアプリクリーナは、空間が限られた用途には大きすぎる場合があり、また構成および要求される性能が異なることにより、特定の用途のための個別のエアプリクリーナのカスタム製造を要求する場合があるという欠点がある。これはエアプリクリーナの用途を限定し、その製造のための時間および費用に不利な影響を及ぼす。個別のカスタマイズを要する用途間での、エアプリクリーナの変更の例としては、要求されるプリクリーナから大気中への、遠心力で分離された粒状の塵埃の排出方向、プリクリーナからプリクリーナを用いる装置へ清浄な空気を供給するための清浄な空気の出口の方向、装置中のフィルタの大きさ、エアプリクリーナを取り付けるために利用可能な支持構造の位置、およびプリクリーナに要求される、清浄な空気流の速度などが含まれる。動力付きのエアプリクリーナの場合、プリクリーナ中のモータ駆動のファンのモータ寿命が、モータの冷却を低下させる、モータに蓄積される塵埃／汚れにより減少されることが分かっている。さらに、エアプリクリーナの回転空気流から遠心力で分離される塵埃を含んだ空気を排出させる排出ポートが詰まることにより、運転効率が低下し、フィルタの寿命を縮めることが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，００７，５６５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６５６，０５０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３１９，３０４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７６６，３１５号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３３８，７４５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４０６，５０６号明細書
【特許文献７】米国特許第７，０５６，３６８号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４２５，９４３号明細書
【特許文献９】米国特許第７，４５２，４０９号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，８７８，１８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの、公知のエアプリクリーナの欠点および制限を克服する、改良されたエアプリクリーナおよび空気清浄方法に対する需要がある。より詳細には、小型で、限られた空間での用途で使用することができ、また異なる構成および異なる清浄な空気流の速度要件を有する用途での使用において汎用的であるので、用途ごとの個別のエアプリクリーナの完全なカスタム製造の必要をなくし、製造の時間および費用を減らす、改良されたエアプリクリーナに対する需要がある。また、内部にあるモータ駆動ファンのモータ寿命を延ばすことのできる動力付きのエアプリクリーナに対する需要がある。また、プリクリーナの排出ポートが詰まったときに、プリクリーナをその完全な運転能力にまで戻すことを容易にする、改良されたエアプリクリーナおよび空気清浄方法に対する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の、改良された汎用的で小型のエアプリクリーナ、空気清浄方法および使い捨てのエアフィルタカートリッジは、これらの需要に対処する。開示される実施形態にしたがって、塵埃を含んだ空気から、空気よりも重い粒状の塵埃を分離し、清浄な空気流を提供する、本発明の汎用的で小型のエアプリクリーナは、入口から出口までプリクリーナを通って延びる流路と、粒状の塵埃を含んだ空気を入口へ取り込み、塵埃を含んだ空気を流路に沿って流すための、ファンブレードを備えるモータ駆動のファンと、入口に取り込まれた塵埃を含んだ空気を軸周りに回転させて、塵埃を含んだ空気を最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道となる層状にする回転流を形成するために、流路に沿って配置される空気流管理構造とを備える。流路にある分離チャンバは、粒状の塵埃を含んだ空気を、回転流から遠心力で分離し、除去する。少なくとも１つの排出ポートが設けられ、粒状の塵埃を含んだ空気はこの排出ポートを通って、分離チャンバの回転流から排出される。分離チャンバを通過する空気の流路は、出口へ向かう途中で湾曲されている。開示される実施形態のプリクリーナは、両端に位置付けられる入口および少なくとも１つの排出ポート、ならびに両端の中間に位置付けられる出口を備える軸方向において伸長する。このような方法で流路を湾曲させることにより、エアプリクリーナはより小型となり、限られた空間での用途における使用が可能となる。
【０００７】
エアプリクリーナの、支持構造／装置への接続は、プリクリーナを支持体／装置上に取り付けるために、プリクリーナ上に少なくとも１つの取付具を設けることにより容易になる。プリクリーナが装置上に取り付けられ、その入口に接続するように構成するために、エアプリクリーナが、出口、少なくとも１つの排出ポートおよび少なくとも１つの取付具それぞれの、プリクリーナの軸周りでのラジアル位置を独立して調整する手段を有する様々な構成において、装置を使用するための汎用性が改善される。開示される実施形態において、ラジアル位置を独立して調整するための手段は、エアプリクリーナの軸に沿って連続して配置される複数のハウジングセクションを有するハウジングと、軸周りでセクションを互いに対して取り外し可能に接続し、調節可能に回転させる手段とを含んでいる。入口は、少なくとも１つの排出ポートおよび出口のハウジングセクションとは別のハウジングセクションに位置付けられ、プリクリーナに取り外し可能に接続されている。したがって、入口の構成は容易に変更することができ、これにより大気から直接空気が入るエアプリクリーナや、入口に接続される給気管から間接的に空気が入るエアプリクリーナの構成が可能になる。これらの特徴によって提供される適応性により、単一のエアプリクリーナを、様々な異なる用途／構成において用いることが可能となり、また、異なる空気流速度の要件を満たすために、最小限の変更のみで、エアプリクリーナにおいて異なる大きさのフィルタを使用したり、エアプリクリーナを変更したりすることが容易になる。
【０００８】
開示される、本発明のエアプリクリーナの好ましい実施形態は、モータの出力シャフトに取り付けられるファンブレードを備えるモータ駆動のファンを備えている。ファンブレードは、分離チャンバの上流の流路に位置付けられ、粒状の塵埃を含んだ空気を入口に取り込み、塵埃を含んだ空気を流路に沿って流す。モータ駆動のファンは、空気流管理構造のシュラウドに支持されている。このシュラウドは、ファンブレードの下流で、軸に対して外側に向かってテーパー状になっており、入ってくる空気から、モータ駆動のファンのモータを遮蔽する。空気流管理構造の、複数の固定羽根は、入ってくる塵埃を含んだ空気を軸周りに回転させて、塵埃を含んだ空気の体積を圧縮し、空気速度を上昇させ、浮遊塵埃に作用する遠心力を増加する。シュラウドの下にあるモータ駆動のファンのモータは、分離チャンバの下流の流路にあり、これは有利には、冷却を向上しモータの寿命を長くするために、モータに蓄積された汚れおよび塵埃を減らす。
【０００９】
この実施形態のエアプリクリーナはさらに、回転流の最も内側の軌道の空気をフィルタリングするための、分離チャンバの内壁を形成するエアフィルタを備える。分離チャンバを通る空気の流路は、フィルタを通過した後、出口へ向かう途中で湾曲されている。フィルタは、管状、好ましくは円筒状であって、フィルタリングされた空気を分離チャンバからエアプリクリーナの出口に向かって流すために、長手方向に延びる内部通路を有する。
【００１０】
分離チャンバは、少なくとも１つの排出ポートを含む分離チャンバ端部セクションを含んでいる。分離チャンバ端部セクションは、エアフィルタの一端に接続され、エアフィルタと共に、使い捨てのエアフィルタカートリッジとしてエアプリクリーナに取り外し可能に接続されている。ゆえに、排出ポートは、フィルタ交換時にフィルタと共に捨てることができるので、ポートがその時点までのフィルタサイクルの間に詰まっても、エアプリクリーナをその完全な運転能力にまで戻す。
【００１１】
本発明の空気清浄方法は、空気より重い粒状の塵埃を含んだ空気をエアプリクリーナの入口へ取り込むこと、粒状の塵埃を含んだ空気をプリクリーナ内の流路に沿って流すこと、プリクリーナ内の軸周りに塵埃を含んだ空気流を回転させ、最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道となる層状になった回転流を形成すること、プリクリーナの少なくとも１つの排出ポートを通して、層状になった回転流の最も外側の軌道から、粒状の塵埃を含んだ空気を排出すること、回転流内の軸に沿って延びるエアフィルタを通して、層状になった回転流の最も内側の軌道の空気にフィルタリングすること、フィルタリングされた空気を流路に沿って、エアプリクリーナの出口に向かって流すことを含んでおり、この方法はエアプリクリーナにおいて、取り外し可能な使い捨てのエアフィルタカートリッジを利用することを含んでおり、エアフィルタおよび少なくとも１つの排出ポートは、取り外し可能な、使い捨てのエアフィルタカートリッジに一体となった部品である。この方法によれば、エアフィルタを出る、フィルタリングされた空気は、エアプリクリーナの出口へ向かう途中で、モータ駆動のファンのモータを通って流れる。
【００１２】
分離チャンバの壁内に位置付けられる少なくとも１つの排出ポートを通して、粒状の塵埃を含んだ空気が、塵埃を含んだ空気の回転流から遠心力で分離および除去される、分離チャンバの一部として、エアプリクリーナで使用するための、本発明による使い捨てのエアフィルタカートリッジは、エアプリクリーナ内に分離チャンバの内壁を形成し、分離チャンバの、塵埃を含んだ空気の回転流の最も内側の軌道の空気をフィルタリングするための、管状のエアフィルタであって、フィルタリングされた空気を分離チャンバからエアプリクリーナの出口に向かって流すための、長手方向に延びる内部通路を有する管状のエアフィルタと、分離チャンバの壁の一部を形成するために、管状のエアフィルタの一端に固定して接続され、フィルタから径方向外側に向かって延びる分離チャンバ端部セクションと、分離チャンバの回転流から塵埃を含んだ空気を取り除くために、分離チャンバ端部セクションに形成される少なくとも１つの排出ポートと、エアフィルタカートリッジの、エアプリクリーナに対する取り外し可能な接続を可能にする手段とを備える。
【００１３】
本発明の、これらおよび他の目的、特徴および利点は、付随の図面に関連する、以下の本発明による好適な実施形態の記載から、より明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一方の側面および上面から見た、本発明の一実施形態によるエアプリクリーナの斜視図である。
【図２】入口の上部に任意のレインキャップが設けられている、図１のエアプリクリーナの斜視図である。
【図３】清浄な空気の出口を覗き込む方向で見たときの、直立して示される図２のエアプリクリーナの側面図である。
【図４】より寿命が長いフィルタの利用を可能にするフィルタ拡張装置として、エアプリクリーナが、図３に示す短いものよりも長いハウジングの分離チャンバセクションの代用により延ばされており、図１のエアプリクリーナのようにレインキャップが省略されている、図３と同様の側面図である。
【図５】図２に示すレインキャップと、清浄される空気用の給気管に接続するよう構成される代替的な入口と、清浄な空気の出口のハウジングセクションとを含み、清浄な空気の出口に加えられる真空が、塵埃を含んだ空気をエアプリクリーナに取り込むためにのみ用いられる場合、モータ駆動のファンが除かれている、図３および図４のエアプリクリーナのそれぞれの部品を解体した状態で示す分解斜視図である。
【図６】プリクリーナの端部で、分離チャンバの外壁にある２つの排出ポートから排出される塵埃を含んだ空気の方向を示す矢印Ｂ、Ｂ’を用いて概略的に図示される、エアプリクリーナの分離チャンバ／排出ポートの端部の図である。
【図７】本発明のプリクリーナの、図１の長手方向に延びるＡ−Ａ軸の周りの、清浄な空気の出口の８つの可能性のある出口方向／ラジアル位置の概略図である。
【図８】入口が、図５に示すような清浄される空気用の給気管に接続するように構成されている、図１のようなエアプリクリーナの斜視図である。
【図９】プリクリーナのエアフィルタカートリッジが取り除かれており、エアプリクリーナに取り付けられるとエアフィルタカートリッジの一端がシールされるオリフィス／連結部材、ガスケットおよび金属ねじが、分解した状態で示される、一方の側面および上面から見た図２のエアプリクリーナの斜視図である。
【図１０】レインキャップおよびエアフィルタカートリッジが取り除かれ、エアフィルタカートリッジの端部をシールによって受け取るための、プリクリーナに取り付けられるオリフィス／連結部材を示すために、部分的に切り取られている図９のエアプリクリーナの側面図である。
【図１１】図１０に示すプリクリーナの位置における取り外し可能な取り付けのために、一体的な分離チャンバ端部セクション／中に排出ポートを備えるキャップを有する、エアフィルタカートリッジの斜視図である。
【図１２】分離チャンバの端部に取り付けられたエアフィルタカートリッジを示すために、部分的に切り取られ、フィルタの自由端はプリクリーナのオリフィス／連結部材に対して密閉して配置され、レインキャップがプリクリーナ上に示されている、エアプリクリーナの側面図である。
【図１３】図１２のように部分的に切り取られているが、Ａ−Ａ軸の周りでのチャンバ内の回転遠心空気流を強めるための、分離チャンバの羽根付きリングを分離チャンバの排出ポートの端部に対して用いることを示す、エアプリクリーナの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照すると、開示される実施形態の動力付きのエアプリクリーナ１は、入口２から出口３へとシステムを通って延びる、図１および図６の矢印Ｂ、Ｂ’およびＢ”、ならびに図１２の矢印５５によって示される流路を備えている。モータ駆動のファン４が、流路に沿って配置され、粒状の塵埃を含んだ空気を入口に取り込み、システムの長手軸Ａ−Ａの周りで回転し、塵埃を含んだ空気が、最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道となる層状にする回転流を形成する。図６の排出ポート５および５’は、エアプリクリーナの分離チャンバ１９における、層状になった回転流の最も外側の軌道から、粒状の塵埃を含んだ空気Ｂ’を排出するために、ハウジング１１の分離チャンバ端部セクション３５に設けられている。
【００１６】
図示される実施形態の、動力付きのエアプリクリーナ１は、吸気口スクリーン６を備え、任意には、例えば自動車の、ボンネットの上部や他の屋外設置のために、図２のレインキャップ７を備える。レインキャップ７の下側は、空気流の乱れを最小限にしつつ、空気流を一定のパターンで入口へと空気力学的に導くように構成されている。レインキャップは、Ａ−Ａ軸上の、空気の吸気口スクリーンの開放上端の中心にあるねじ開口９の周りに同心円上に離間された図１の複数の孔８のそれぞれに圧入される、４つの突出部１２を備える図１２の中央の垂下ハブ（depending hub）５１を有している。レインキャップは、ハブ５１の中央の孔１０を通ってキャップから延びる、図１２のねじ部品５３を用いて、吸気口スクリーンに取り外し可能に固定され、吸気口スクリーンのねじ開口９で固定される。スクリーンは、エアプリクリーナのハウジング１１の入口端部セクション３１と一体に成型されている。
【００１７】
レインキャップ７は中央の垂下ハブによって、吸気口スクリーン６の上部に間隔があけられている。円形のレインキャップの直径は、吸気口スクリーンの直径よりも大きく、外周は垂下する環状フランジ５４により形成されている。フランジはプリクリーナに向かって延びているが、吸気口スクリーンが雨の侵入を遮断する程度まで、プリクリーナから径方向外側に向かって間隔があけられている。入口の外周面とフランジとの間の環状の開放空間により、より重く動きの遅い粒子が、動力付きの分離システムに入る前に落下することを可能にする。これにより、スクリーン上に堆積する塵埃が減少する。
【００１８】
モータ駆動のファン４は、モータ１４の出力シャフト１３に取り付けられる、図１２のファンブレード１２を有する。粒状の塵埃を含んだ空気を入口に取り込み、図１２の矢印５５によって概略的に示す流路に沿ってその塵埃を含んだ空気を流すために、ファンブレードは、吸気口スクリーンの下で、空気流管理構造１５の上流の流路に沿って位置付けられる。空気流管理構造は、モータ駆動のファンが支持されるシュラウド１６を含んでいる。ナットを備えるねじが切られたボルトなどの、取り外し可能な締結具１７は、図１２のシュラウド１６の中央上端部にモータを接続する。図１２に示すように、シュラウドはファンブレードの下流で外側にテーパー状になり、外側の環状通路が、シュラウド１６およびハウジングセクション３２を接続する、周方向に離間および傾斜された空気流管理構造の固定羽根１８を備えて、残されている。
【００１９】
空気流管理構造の、テーパー状のシュラウドおよび傾斜した固定羽根は、最も重い粒子が回転流の最も外側の軌道にあるように塵埃を含んだ空気を層状にする、Ａ−Ａ軸の周りでの回転流を形成するために、入口に取り込まれた塵埃を含んだ空気を、ファンによって圧縮および回転させる。空気速度を上昇させ、浮遊塵埃に作用する遠心力を増加させるために、塵埃を含んだ空気の体積は、流路に沿って移動するにつれて、空気流管理構造により圧縮される。モータ駆動のファン４のモータ１４は、図１２に示すように、シュラウドの、ファンブレードとは反対側、および分離チャンバ１９の下流にある清浄な空気の流路に配置される。
【００２０】
プリクリーナの分離チャンバ１９は、シュラウド１６および羽根１８の下流の流路にあり、回転流を受け、その回転流から、回転流の最も外側の軌道にある塵埃の粒子を遠心力で分離および除去する。分離チャンバは、エアプリクリーナのハウジングの、図３の３つのハウジングセクション３３、３４および３５により形成される、図１２の外壁２０を有する。ハウジングの分離チャンバ端部セクション３５は、分離チャンバの下端を閉鎖し、エアフィルタ２３を支持する。分離チャンバのセクション３４上の取り外し可能なバネクランプ２８によって、端部セクションがエアプリクリーナに固定されている場合に、分離チャンバの外壁の一部を形成する端部セクション３５の外側の環状壁部６６に、２つの径方向外側の排出ポート５、５’が形成される。エアプリクリーナの稼働中、分離チャンバの回転流の、最も外側の軌道の粒状の塵埃を含んだ空気は、排出ポートを通して大気中へと排出される。
【００２１】
管状、好ましくは円筒状のエアフィルタ２３は、その中を通る、長手方向に延びる内部通路２４を有する。フィルタの一方の端部は、端部セクション３５に接続されている。通路２４は、フィルタの、他方の開放端部から出口へと流れるフィルタリングされた空気のための、流路５５の一部を形成する。フィルタは、その一端で、分離チャンバおよび通路２４の一方の端部を閉鎖する、セクション３５の端部の壁の中央に、接着剤などによって気密に接続される。フィルタは、エアプリクリーナに設置される場合、Ａ−Ａ軸と同軸であり、フィルタは、分離チャンバ内で中央に位置付けられ、分離チャンバの内壁を形成している。フィルタは、チャンバの全長に延びており、もう一方の端部は、図９のオリフィス／連結部材２５のフランジに、取り外し可能に気密に係合している。部材２５は、図１０のねじ部品６１によって空気流管理構造のシュラウド１６に接続される、径方向内側に向けられるフランジ２６に取り外し可能に接続される。図９のシールガスケット６２は、フランジ２６と連結部材２５との間に設けられている。エアフィルタの端部に取り付けられる、図１１の可撓性の環状シール２７は、オリフィス／連結部材２５のフランジに気密に係合し、分離チャンバの層状になった回転流の、最も内側の軌道から出口３までの空気の流路が、フィルタの周りではなく、フィルタを通ることを確実にする。フィルタリングされた空気は、オリフィス／連結部材２５の中心のオリフィスと開放した状態で通じている内部通路２４を通って流れ、シュラウド１６内の領域に入り、そこでモータ駆動のファン４のモータ１４を通過して、エアプリクリーナの両端の中間に位置付けられる出口３から出る。分離チャンバの上流の流路部分を、分離チャンバの下流の流路部分から分離するために、シュラウドの下側の外側端部は、環状フランジ２６上に気密に固定されている。結果として、分離チャンバのフィルタを通過して出口３へ流れる空気の流路は、湾曲されている（retroflex）。
【００２２】
ハウジング１１の下流端部／底部の出口セクション３２に取り付けられる、ハウジングの分離チャンバセクション３３は、分離チャンバ１９内への、回転空気流の滑らかな移行を提供する。図５のシールガスケット６３は、外側のハウジングをシールするために、様々なハウジングセクションの間で用いられる。浮遊塵埃は、浮遊塵埃が上述のように排出され外部環境に戻される、分離チャンバ１９の下端にある排出ポート５および５’に到達するまで、チャンバの外壁２０の内側に沿って移動し、またそこにしっかりと押し付けられる。一段の（single stage）分離チャンバ内の、層状になった回転流の最も内側の層の、塵埃のほとんどが取り除かれた空気流は、エアフィルタ内部通路２４内でエアフィルタ２３を通って、エアプリクリーナの清浄な空気の出口３へと流れ、内燃エンジンや換気システムなどの、出口に接続される下流の装置へと流れる。
【００２３】
入口セクション３１、出口セクション３２、および分離チャンバセクション３３、３４および３５などの、複数のハウジングセクションは、その間にシールガスケット６３を用いてＡ−Ａ軸に沿って連続して配置され、周方向で離間した複数の位置で、取り外し可能なねじ部品３０によって、互いに対して端部同士で取り外し可能に接続されている。周方向に離間された４つのバネクランプ２８は、ハウジングの分離チャンバのセクション３４の下端に、分離チャンバ端部セクション３５を取り外し可能に接続する。バネクランプの下端は、端部セクション３５の上端で、径方向外側に延びるフランジ２９の周りに取り外し可能に固定される。バネ部品を取り外すことにより、フィルタ２３が固定されている端部セクションは回転可能となり、排出ポート５、５’の方向をエアプリクリーナの外周面上の任意の位置へと変更することができる。エアプリクリーナを特定の用途へとカスタマイズするために、完全な３６０°の自由度がある。またバネクランプ２８は、取り外し可能な使い捨てのエアフィルタカートリッジを構成する、エアフィルタおよび分離チャンバ端部セクションのアセンブリを交換するためにも取り外され得る。エアフィルタカートリッジの分離チャンバ端部セクション３５に排出ポート５、５’を含むことにより、排出ポートがその時点までのフィルタサイクルの間に詰まっていても、フィルタの交換によってエアプリクリーナをその完全な運転能力にまで戻す。図６の矢印Ｂ、Ｂ’は、ハウジングの分離チャンバ端部セクション３５における２つの排出ポート５、５’からの、塵埃の排出方向を示す。
【００２４】
ハウジング１１の分離チャンバのセクション３３と、ハウジングの出口セクション３２との間の接続は、セクション上の、周方向に均一に離間された８つの対向するタブ３６のペアで形成され、隣接するタブのペアはねじ部品３０を用いて接続されている。ねじ部品を取り除くことにより、出口セクションはＡ−Ａ軸の周りで回転でき、タブ位置により４５°おきにインデックスを備えるエアプリクリーナの、可能性のある８つの位置のいずれかに選択的に位置付けられ得る。可能な複数の出口構成は、図７の矢印によって概略的に示されている。
【００２５】
ハウジング１１の入口セクション３１および出口セクション３２は、セクションの外周の周りで均一に離間された４つの対向するタブ３６のペアで、取り外し可能なねじ部品３０により接続されている。上述のように、図１の実施形態における入口セクション３１は、エアプリクリーナが車のボンネットの下に配置される場合などに、給気管の連結部として嵌合具３７を有する、図５および図８に示す入口セクション３１’と取り換えられてもよい。
【００２６】
ハウジング１１の分離チャンバのセクション３３および３４／３４’ならびに入口セクション３１／３１’はそれぞれ、エアプリクリーナを支持体または使用中の装置に取り付けるのに用いる取付具３８のペアを用いて形成される。取付具は、そのそれぞれのハウジングセクションと一体的に形成されている。セクション３３および３４／３４’ならびに３１／３１’は、互いに対して、およびエアプリクリーナに対して、Ａ−Ａ軸の周りで独立して回転可能であるので、出口および排出ポートの方向の影響を受けることなく／出口および排出ポートの方向とは無関係に、エアプリクリーナの外周の周りで４５°ごとに離間されている選択された周方向の位置に、取付具を配置できる。ハウジングセクションは、開示される実施形態においては成型プラスチックで形成されているが、他の材料も用いられ得る。
【００２７】
本発明のさらなる特徴によれば、図３に示すような上側セクション３３と、上側セクションおよび分離チャンバ端部セクション３５の中間にある下側セクション３４とを備えるハウジングの分離チャンバを形成することにより、異なる大きさのフィルタが収容され得る。すなわち、図４に示すように、より長いフィルタをプリクリーナに収容するために、下側セクションの軸長は、セクション３４をより長いセクション３４’に置き換えることによって変更され得る。同様に、フィルタに上端をシールする、空気流管理構造に接続されるオリフィス／連結部材２５も、エアプリクリーナの空気流制限／空気流速度を変えるために変更され得る。また、エアプリクリーナ内で異なる羽根ピッチを有するファンブレード１２を用いることにより、用途に応じたエアプリクリーナの空気流速度の、エアプリクリーナのカスタマイズを、わずかな変更のみで可能にする。
【００２８】
エアプリクリーナにおける、モータ駆動のファン４のモータおよびその制御は、上で参照した、発明者が共通する特許文献１に記載のものでもよい。モータ用の配線３９は、出口セクション３２の開口に取り付けられた弾性ワイヤプラグ４０を通って延びる。エアプリクリーナ内での、空気よりも重い粒状の塵埃の遠心力を用いた分離は、参照した出願において詳細に記載されている。しかしながら、本発明のエアプリクリーナは、エアプリクリーナの両端の中間に位置付けられる出口へ向かう途中で湾曲されている分離チャンバを通過する空気のための流路を使用することにより、より小型であると同時に、エアプリクリーナ内での異なるフィルタの使用を可能にし、また、エアプリクリーナの多用途性により、入口、出口、排出ポートおよびエアプリクリーナを支持する／取り付けるための異なる配置に関して、異なる構成を要求する異なる用途において、単一のエアプリクリーナを用いることができる。また、エアプリクリーナの補修も容易になる。例示的な実施形態において、図１のハウジング１１は、長さが１６．８インチ／４２．７センチ（レインキャップがない場合。レインキャップを備える場合、１８．９インチ／４８．０センチ）であって、図面においては縮小されているが、他の大きさであってもよい。
【００２９】
本発明にしたがって、いくつかの変形例を伴う単一の実施形態のみが図示および説明されているが、本発明はこれに限定されることはなく、当業者に周知であるような多数の変更および修正が行われてもよいことが理解される。例えば、本発明のエアプリクリーナは、モータ駆動のファンを含む必要はなく、内燃エンジンなどの、清浄な空気が供給される下流の装置の入口から、プリクリーナの出口へと真空が提供される種類のものであってもよい。また、図１３の、分離チャンバのハウジングセクション３４の内壁に固定される羽根付きリング６４は、端部セクション３５および排出ポートの前の、分離チャンバ１９の下流部分に備えられてもよい。羽根付きリング上の、周方向に離間され傾斜された複数の固定羽根は、Ａ−Ａ軸および分離チャンバのエアフィルタの周りでの塵埃を含んだ空気の回転流を、排出ポートまで維持し、遠心力による塵埃の分離、および、特に高速な空気流速度および長いフィルタを用いるときの、層流の回避を容易にするための、空気流管理構造である。さらに、エアプリクリーナは、遠心力を用いる分離チャンバ内にフィルタを含んでいなくてもよい。フィルタは、用いられる場合には、エアプリクリーナの出口の下流に位置付けられ得る。本発明の、小型および汎用的であるという利点は、このような変形例においても維持される。それゆえ、本発明は図示および本明細書で説明される詳細に限定されるのではなく、付随の請求項の範囲に含まれる、このような変更および修正の全てを網羅するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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